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过渡金属硫化物由于具有较高的理论容量而成为碱金属离子电池的电极材料。然而，由于离子迁移和电子转移动力学缓慢，导致其循环稳定性和速率性能较差，阻碍了其实际应用。在此，我们开发了两步局部碳化和硫化的方法，从原位集成的咪唑酸沸石骨架(ZIF-67)和多壁碳纳米管前驱体(ZIF-67@CNTs)构建了CoS2复合材料(CoS2@CNTs@C)。所制备的具有纳米碳骨架的CoS2@CNTs@C复合材料继承了ZIF-67的大比表面积和合适的纳米孔尺寸分布，以及CNTs中令人难以置信的丰富的含氧官能团。理论计算和材料表征表明，多孔碳网络上的含氧官能团加速了锂离子的扩散和电子转移，特别是电催化了Li2S6向最终产物Li2S的逐步转化。同时，三维导电网络保证了CoS2@CNTs@C在重复储锂过程中的导电和结构稳定性。因此,CoS2@ CNTs@C电极材料在200 mA g-1时，初始放电容量为1282.3 mA h g-1，库仑效率高达93.5%,在2000 mA g-1时，600次循环的可逆容量为558.8 mA h g-1，容量保持率高达96.1%。
图 1. CoS2@CNTs@C复合材料局部碳化和硫化示意图。
图2. (a) ZIF-67@CNTs的SEM和(b) SEM和EDS图像，(c)粉末XRD图，(d) HRTEM图，(e) TEM图，(f)氮气吸附解吸等温线和孔径分布，(g)在气流为CoS2@CNTs@C时的TGA曲线。
图 3. (a)拉曼光谱，(b) C 1s， (C) O 1s， (d) N 1s XPS光谱，(e) CoS2@CNTs@C的FTIR光谱，(f) FTIR对比结果。
图4.(a)局部电子函数图及C和(b) -OC-的计算模型。(c) Li2S6与CoS2@CNTs@C和CoS2+C混合溶液静置2 h后的紫外可见光谱。插图:从左到右分别为10 mmol L-1 Li2S6及其与CoS2@CNTs@C和CoS2+C混合溶液的光学图像。(d) CoS2@CNTs@C与Li2S6混合物的Li 1s XPS光谱。(e) Li2S6的吸附构型和电子密度分布，(f) OC-Li2S6的结构。(g) LiPS还原反应的LSV曲线和(h) CoS2@CNTs@C、CoS2+C和玻碳电极的Tafel曲线。(i) CoS2@CNTs@C的CV图。(j)不同电压下的Ea分布图。含Li2S6对称电池中CoS2@CNTs@C和CoS2+C电极在100 mA g-1时的(k) CV曲线。(l)标准电池中CoS2@ CNTs@C和CoS2+C电极的充放电曲线。
图5. (a) 200 mA g1时的循环曲线，(b) 0.5 mV s时的CV曲线，(c) 200 mA g-1时的循环性能，(d)速率能力，以及(e) CoS2@CNTs@C电极在2000 mA g-1时的长期循环性能。CoS2@CNTs@C与文献报道的CoS2复合材料的对比图，(f)比容量，(g)速率能力。
图6. CoS2@CNTs@C经过60次循环后的(a) SEM、(b) TEM和(c) HRTEM图像(GC =石墨化碳)和(d)粉末XRD图谱。
图7. CoS2@CNTs@C在循环过程中的氧化还原反应示意图。 相关科研成果由北京科技大学Fang Lian团队于2021年发表在ACS Nano (https://pubs./10.1021/acsnano.1c09446)上。原文：Sulfide with Oxygen-Rich Carbon Network for Good Lithium-Storage Kinetics。 |
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